CN107076386A - 具有至少一个激光光源的用于车辆的前灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的前灯，其中将至少一个激光光源（1）的激光束经由束偏转装置（7）以扫描的方式引导朝向至少一个光转换装置（8），至少一个光转换装置具有用于转换光的荧光体，并且包括用于将在光转换装置处产生的光图像（9）投射到道路（11）上的投射系统（10），其特征在于，至少一个电光调制器（4）布置在至少一个激光光源（1）的束路径中，至少一个电光调制器由控制单元（12）控制并且位于束路径中光转换装置（8）之前，并且影响光的偏振，其中至少在束路径中调制器之后布置偏振元件（3,5,17）。

Description

具有至少一个激光光源的用于车辆的前灯
技术领域
对了本发明涉及一种用于车辆的前灯，在该前灯中将至少一个激光光源的激光束经由束偏转装置以扫描的方式引导朝向至少一个光转换装置，至少一个光转换装置包括用于转换光的荧光体，并且具有用于将在光转换装置处产生的光图像投射到道路上的投射系统。
背景技术
在机动车辆中使用激光光源变得越来越重要，因为特别地，激光二极管使得更灵活和更有效的解决方案成为可能，由此除了功能方面的新可能性之外，也可以显著增加光束的亮度以及前灯的光输出。
然而，在许多已知的解决方案中，不发射直接的激光束，以便避免由于高强度的极端成束的光束而危及人类和其它生物。确切的说，将激光束引导朝向包含发光转换材料或简称为“荧光体”的插入式转换器，并且由该光转换装置从例如蓝光转换成优选的“白”光，特别地使得当与散射的激光辐射线叠加时，产生合规的白光印象。
文件EP 2 063 170 A2公开了用于机动车辆的前灯，在该文件中为了通过无眩光自适应主束照亮道路，可以根据其它道路使用者和/或根据诸如速度、城镇/空旷陆地/高速公路、天气、黄昏等的环境参数忽略特定区域。经由可在两个空间方向上移动的微镜将激光器的束引导朝向照明表面，该照明表面包含用于将激光转换成优选地白光的荧光体。照明表面的光图像通过透镜投射到道路上。
特定的问题可以是激光光源关于激光光源的致动，特别地接通和切断经常有些迟缓的行为。首先可以归因于需要控制相对大的电流的这种迟缓可以导致安全问题，例如，如果需要紧急关闭或掩蔽过程，例如以便不使其它道路使用者目眩，可以不能在必要的短时间间隔内启动。
发明内容
本发明的一个目的在于减轻或克服这些问题。
利用在介绍中描述的类型的前灯实现该目的，在该前灯中，根据本发明，在至少一个激光光源的束路径中布置至少一个电光调制器，至少一个电光调制器由控制单元控制，并且位于束路径中的光转换装置之前并且影响光的偏振，其中至少在束路径中的调制器之后布置偏振元件。
在此有利的是，提供控制单元以控制电光调制器并控制束偏转装置。
已证实且经济的变型的特征在于偏振元件是偏振滤光器。
如果偏振元件是偏振束分离器，则与偏振滤光器相反，提供不吸收激光辐射线的优点。
如果电光调制器形成为普克尔斯盒，则这是有利的，因为普克尔斯盒实际上可以纯电容地连接而无需吸取有功功率。
在推荐的变型中，提供了至少一个激光光源包括激光二极管，激光二极管与电光调制器一起容纳在联合壳体中。由于光学活性元件的空间邻近，任何所需的开关电压可以保持较低。
在变型中，可以提供在至少一个激光光源的束路径中连续布置两个或更多个电光调制器。特别地，如果要使用脉冲宽度调制或RGB激光系统，这是有利的。
有利的发展的特征在于，用于激光束的聚焦光学器件布置在电光调制器的下游。因此，在所述光通过电光调制器之前，防止了激光的特性变化，使得可以精确且有效地执行电光调制。例如，这里应当注意，任何透镜通过球面像差改变光的边缘偏振。
如果将控制单元设计成同步地控制激光光源和电光调制器，并且当切断激光光源时激活光电调制器以便阻挡激光束，则获得更陡的开关侧（switching flanks），并且因此，例如在要被掩蔽的光图像的区域中，图像没有模糊的演进。
附图说明
下面将基于附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明以及进一步的优点，在附图中，
图1以示意图示出在示例性实施例中的本发明必需的前灯的部件及其之间的关系，
图2以线图示出示例性光图像和激光光源或调制器的控制电压的时间进程，
图3示意性地示出束进程，其中偏振滤光器布置在调制器的下游，
图4以类似于图3的图示示出偏振束分离器的使用，
图5以类似于图3和图4的图示示出布置在偏振元件的下游的聚焦光学器件，以及
图6示出激光二极管，该激光二极管与电光调制器一起组合在联合壳体中。
具体实施方式
图1示意性地示出具有本发明所必需的部件的前灯以及该前灯的束路径，其中应当清楚的是，机动车辆前灯还包含许多其它部件，其允许在机动车辆（例如特别地，客车或摩托车）中机动车辆前灯的适当地使用。就光而言，前灯的起始点是激光光源1，该激光光源1输出激光束2。然后，该激光束2通过第一偏振滤光器3，然后通过例如形成为普克尔斯盒的电光调制器4以及第二偏振滤光器5。然后借助于聚焦光学器件6将从第二偏振滤光器5离开的激光束2'聚焦，并且经由例如形成为微镜的束偏转装置7导向到光转换装置8，如已知的，光转换装置8包括用于光转换的荧光体。聚焦光学器件可以是透镜或透镜系统，并且也可以是具有一个或多个反射器的反射器系统，其中透镜和反射器的组合是可以的。偏振滤光器3和偏振滤光器5有利地具有相同的光学特性。关于聚焦光学器件6的使用，应当注意，不一定必须提供这样的光学器件，并且相当普遍地可以提供用于激光束的期望影响的透镜，例如也可以提供用于激光束的加宽的透镜。
由微镜7偏转的激光束2''以扫描的方式在光转换装置8的荧光体上产生光图像9，并且借助于在本实例中为透镜的前灯的投射系统10将该光图像9作为光图像9'投射到道路11上。这里使用术语“道路”以用于简化表示，因为它当然取决于关于光图像9'实际上是位于道路上还是延伸到道路外的局部条件。原则上，图像9'对应于到垂直表面上的投影，并且根据涉及机动车辆照明技术的相关标准，这里同样也示出了“道路”。
还提供控制单元12，控制单元12又作用于激光控制器13以及镜控制器14。这里，激光控制器13能够接通和切断激光光源1并且还能够调节或控制激光强度。
控制单元还用于供应电力并监测激光发射或例如用于温度控制，并且还设计成调制发射的激光束的强度。结合本发明来理解术语“调制”是指在接通和切断的意义上可以以无论是连续地还是以脉冲方式改变激光光源的强度。必要的是，根据束偏转装置7的微镜的角位置，可以类似地动态地改变光输出。另外，还可以在某个时间段内接通和切断激光以便不照亮或掩蔽限定的点。例如，日期为2013年7月16日的以申请人名义的奥地利专利申请A50454/2013中描述了用于通过扫描激光束产生图像的动态控制概念的示例。在实践中，激光光源通常包含一些激光二极管，例如6个，例如每个为1瓦，以便实现期望的输出或所需的光通量。
例如，激光光源1输出蓝光或紫外线，并且如果需要具有准直器光学器件和聚焦光学器件，其中光学器件的设计尤其取决于所使用的激光二极管的类型、数量和空间布局、取决于所需束质量以及取决于光转换装置处所期望的激光光斑尺寸。
镜控制器14又用于设置束偏转装置7的微镜的振动，例如在彼此正交的两个方向上振动是恒定的，但是在许多情况下在x方向和y方向上具有不同的频率，其中这些振动可以特别地对应于相应轴线上微镜的机械固有频率。然而，应当注意，也可以使用其它束偏转装置（例如可移动棱镜）代替微镜。控制单元12附加地控制电光调制器4，其中在普克尔斯盒的情况下，要求大约为若干100V的相对较高的电压以便引起偏振平面的期望旋转。然而，所需的控制电压取决于偏振平面的期望旋转和所使用的晶体的尺寸。晶体越小，控制电压可以越低。
参照图2更详细地解释根据本发明的具有电光调制器4的前灯的功能，图2示出示例性掩蔽场景。这里，在图2中的顶部示出朝向光转换装置8的荧光体扫描的光图像9的或朝向道路11投射的光图像9'的特定瞬时亮度分布。在x方向H（水平）和y方向（垂直）上标出示例性角度值。已经通过影线突出了被掩蔽的区域A。
激光光源1的控制信号sL的时间进程以及该时间进程下面的电光调制器4的控制信号sM的两个不同的时间进程在亮度分布下面示出。
激光光源1的控制器和电光调制器4的控制器以同步的方式工作。作为示例，由于刚刚被激光束的激光光斑扫描的图像9或图像9'中特定区域中的掩蔽场景，用于切断激光光源1的激光控制信号sL和用于调制器4的控制信号sM由联合控制单元12输出，并且旨在使所述调制器进入阻挡状态或削弱状态-总是考虑位于束路径中的至少一个偏振器。因此，确保了激光光源1的束路径立即“被阻挡”，并且不出现由于激光的缓慢控制产生的模糊的光图像。
一旦再次照亮该区域，调制器应在电子控制器完全切换回100％所需的时间段内再次切换到活跃状态。
这里，应当注意，也可以将进程的完全打开/关闭状态的引用示例转移到例如100％的亮度仅被切换到50％的场景，或者更一般地，将发生变暗，在这种情况下，同样期望锐化的掩蔽边缘。
图2最初以更详细的方式示出从100％到0％并且然后回到100％的激光光源1的常规电气控制。点划线“接通曲线”sL1示出通常的切换时刻，该切换时刻设置为使得在要被掩蔽的区域的时间内可靠地切断激光光源1，但是曲线sL2示出根据本发明的优选实施例的上游接通时刻。
如果将电光调制器4控制为从“不活跃”到“活跃”，则旋转偏振，并且因此束由于偏振元件而被阻挡（或削弱）。电光调制器4在要被掩蔽的区域的整个时间期间（这里水平地从-2°到-1°）保持活跃。一方面用于激光光源并且另一方面用于电光调制器的控制器的组合的进一步的优点在于该控制器的剩余，因为如果一个控制器出现故障，则仍然可以掩蔽激光束。在掩蔽场景结束之前，激光控制器13已经有利地接收信号，特别地，以便优选精确地在需要经过从0％到100％的准确时间切换回100％（曲线sL2）。因此，最小化了时间，在所述时间中，尽管即使尚未通过被掩蔽的区域，激光光源1的控制器已经不必要地完成了切换处理。该示例也类似地应用于那些如上所述的仅部分减小强度的情形。这里，调制器4将仅部分地引起偏振的旋转，并且因此将仅引起激光束的部分阻挡。
图2中最下面的线图示出电光调制器4的优选控制。这里，调制器4仅在电子激光控制器13执行“切换处理”的时间期间是活跃切换的。因此，可以以最有效的方式使用该系统，因为与仅具有激光光源1的光学调制或仅具有激光光源1的电气调制的系统相反，在这里与激光的电气控制器组合的调制器4不必在整个掩蔽时间段期间切换到活跃，并且附加地，激光束也不必经由滤光器吸收或偏转。因此，仅在期望清晰掩蔽边缘的时间期间发生损耗，并且然后仍仅取决于激光光源1的电气控制器的开关侧的性质。
由于上面已经描述了根据本发明的特定实施例以及这样的实施例的特定操作原理，下文将示意地简要描述本发明的进一步的变型，其中该描述决不是详尽的，并且更确切地说，本领域技术人员将在权利要求所提供的保护范围内找到其它有利的解决方案。
图3示意性地示出激光光源1，激光束2从该激光光源1发出并通过已经在上面描述的电光调制器。例如，该调制器4可以是普克尔斯盒，借助于受控开关16可以向普克尔斯盒施加DC电压15。受控开关16的功能和DC电压15的功能通常集成在控制单元中，例如图1的控制单元12中。从电光调制器4离开的激光束通过偏振滤光器5，并且然后作为激光束2'通过到上面进一步详细描述的光转换装置8。在该附图中或下面的附图中不更详细描述前灯的进一步的部件，因为它们已经是上面解释的主题。与根据图1的实施例相反，因此这里仅提供单个偏振滤光器5。
在根据图4的实施例中，代替偏振滤光器5，提供偏振束分离器17，其余对应于根据图3的那些，并且偏振的激光束2'从所述偏振束分离器行进到光转换装置8。激光辐射线的反射和不需要部分被引导朝向吸收器18，其目的是可靠地捕获这部分激光辐射线，使其不导致破坏或损害。
关于在原理上也可以是线栅偏振器的偏振器，应当注意，激光光源通常发射相干光。另外，在大多数激光光源的情况下，发射的光是水平地或垂直地线性偏振的。发射线性偏振光的这样的激光器有利地用于本发明。
有利地，第一偏振滤光器设计成允许由激光光源发射的偏振光精确地通过。由于制造公差，所以必须预期不是完全水平或垂直地线性偏振的光从激光光源离开，并且如已经描述的，系统将不那么有效，因此有利的是提供所述第一偏振滤光器。
作为示例，由激光光源发射的光现在是水平线性偏振的。如果处于活跃状态的电光调制器现在将水平线性偏振光旋转到垂直偏振光，则这不引起激光的任何“阻挡”，并且仅偏振改变。因此，为了实际阻挡激光束，必须将偏振滤光器布置在电光调制器的下游。当然，然后该下游的偏振滤光器必须设计成也允许由激光光源发射的光、在本示例中是水平线性偏振光通过。根据所使用的偏振元件的类型，吸收或反射所有其它光。
在根据图5的实施例中，其原理上对应于根据图3的原理，对于激光束通常需要的聚焦光学器件19布置在电光调制器4的下游，并且在该实例中还在偏振滤光器5的下游，为了简化起见，这里将光学器件示为单独的透镜。如以上已经进一步提及的，因此在所述激光通过电光调制器之前防止激光的特性发生变化，并且可以精确且有效地执行电光调制。
此时，应当注意，在根据图3至图5的实施例中，通过调制器4和偏振元件5、17的激光束入射在光转换装置8上，根据图5的激光束还被聚焦光学器件19聚焦。然而，在大多数实施例中，如图1所示，束偏转装置7也设置在如图1中的光转换装置8之前。可以提供该类型的束偏转装置7，但不一定必须是前灯的部件。因此，本发明在最广泛的意义上也可以用于根据扫描激光束的原理不起作用的前灯。另一方面，如以上已经提及的，本发明也可以用于前灯，所述前灯在没有光转换装置的情况下获得，并且例如使用三个激光束，所述三个激光束一起产生所期望的颜色印象。
还参照图6，其示出具有连接件21的市售TO壳体20，其中激光二极管23及其光学下游的普克尔斯盒24布置在壳体20中在载体22上。然后，例如，如图1所示，仍然可以聚焦离开的激光束2'，并且可以以扫描的方式经由微镜将激光束2'引导朝向光转换装置。
如果根据脉冲宽度调制控制调制器4，则根据本发明的电光调制器4也可以用于使激光束变暗。还可以通过改变施加到调制器4（例如普克尔斯盒）的电压实现变暗，从而引起偏振平面的相应较弱或较强的旋转。还可以在束路径中连续布置和控制多个电光调制器，使得例如第一调制器引起导致激光变暗或削弱25％的旋转，并且控制另一个的调制器使激光削弱75％。以这种方式，可以利用连续布置的两个电光调制器4获得0、25％、75％和100％的削弱阶段，并且调制器不需要可变控制电路，而是仅仅是用于接通和切断或激活和去激活的固定电压。在该实施例中，偏振滤光器不必布置在每个调制器的下游，并且在多个电光调制器之后的束路径中使用单个联合偏振滤光器也是足够的。
最后，应该提到的是，似乎也可以“逆向”使用所描述的布置中的一个。这意味着电光调制器可以设计成使得在切换到活跃的状态下，它们对于激光束是可透过的，并且在非活跃状态下它们吸收/反射激光束。然而，在该情况下，调制器（例如晶体）平均保持接通（活跃地切换）比保持切断（不活跃）更长，并且调制器中的损耗由于更持久的控制而更高。这也是为什么两个偏振滤光器应该具有相同的光学特性的原因，并且应该使用该系统，使得在调制器的活跃状态下，下游的偏振滤光器阻挡束路径。
附图文字
1 激光光源
2，2'，2'' 激光束
3 第一偏振滤光器
4 电光调制器
5 第二偏振滤光器
6 聚焦光学器件
7 束偏转装置
8 光转换装置
9 光图像
9' 光图像
10 投射系统
11 道路
12 控制单元
13 激光控制器
14 镜控制器
15 DC电压源
16 受控开关
17 偏振束分离器
18 吸收器
19 聚焦光学器件
20 TO壳体
21 连接件
22 载体
23 激光二极管
24 普克尔斯盒

Claims (9)

1.一种用于车辆的前灯，在该前灯中将至少一个激光光源（1）的激光束经由束偏转装置（7）以扫描的方式引导朝向至少一个光转换装置（8），所述至少一个光转换装置包括用于转换光的荧光体，并且具有用于将在所述光转换装置处产生的光图像（9）投射到所述道路（11）上的投射系统（10），其特征在于，至少一个电光调制器（4）布置在所述至少一个激光光源（1）的束路径中，所述至少一个电光调制器由控制单元（12）控制并且位于所述束路径中所述光转换装置（8）之前，并且影响所述光的偏振，其中至少在所述束路径中所述调制器之后布置偏振元件（3,5,17）。
2.根据权利要求1所述的前灯，其特征在于，提供所述控制单元（12）以控制所述电光调制器（4）和所述束偏转装置（7）的控制器（14）。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的前灯，其特征在于，所述偏振元件（3,5）是偏振滤光器。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的前灯，其特征在于，所述偏振元件（17）是偏振束分离器。
5.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的前灯，其特征在于，所述电光调制器（4）形成为普克尔斯盒。
6.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的前灯，其特征在于，所述至少一个激光光源（1）包括激光二极管（23），所述激光二极管（23）与电光调制器（24）一起容纳在联合壳体（20）中。
7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的前灯，其特征在于，在所述至少一个激光光源（1）的所述束路径中连续布置两个或更多个电光调制器。
8.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的前灯，其特征在于，在所述电光调制器（4）的下游布置用于激光束（2'）的聚焦光学器件（6）。
9.根据权利要求1至权利要求8中任一项所述的前灯，其特征在于，将所述控制单元（12）设计成同步地控制所述激光光源（1）和所述电光调制器（4），并且当切断所述激光光源时激活所述电光调制器以便阻挡所述激光束。
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